太阳能电池基本特性测定实验.pdf

太阳能电池基本特性测定实验 太阳能是一种新能源,对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前,太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法,一是利用热能产生蒸气驱动发电机发电,二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题, 许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。为此, 我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验, 介绍太阳能电池的电学性质和光学性质,并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验,联系科技开发实际,有一定的新颖性和实用价值,能激发学生的学****兴趣。 【实验目的】 1. 无光照时,测量太阳能电池的伏安特性曲线 2. 测量太阳能电池的短路电流 SC I 、开路电压 OC U 、最大输出功率 max P 及填充因子 F F 3. 测量太阳能电池的短路电流 SC I 、开路电压 OC U 与相对光强 0 J J 的关系,求出它们的近似函数关系。 【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱 【实验原理】太阳能电池能够吸收光的能量, 并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压 U 与通过的电流 I 的关系为?????????= 1 0 nKT qU e I I (1) 其中 0 I 是二极管的反向饱和电流, n是理想二极管参数,理论值为1。 K 是玻尔兹曼常量, q 为电子的电荷量, T 为热力学温度。(可令 nKT q = β) 由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为 V C E E ?的半导体所构成。 C E 为半导体导电带, V E 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时,光子被半导体所吸收,并产生电子-空穴对。电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势,这一现象称为光伏效应。 光电流示意图 太阳能电池的基本技术参数除短路电流 SC I 和开路电压 OC U 外, 还有最大输出功率 max P 和填充因子 FF 。最大输出功率 max P 也就是 IU 的最大值。填充因子 FF 定义为 OC SC U I P FF max = (2) FF 是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。 FF 值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。 【实验内容及步骤】 (全黑)的条件下,测量太阳能电池正向偏压时的 U I ?特性(直流偏压从 V 0 . 3 0 ?) (1)设计测量电路图,并连接。 图1 (2) 利用测得的正向偏压时 U I ?关系数据, 画出 U I ?曲线并求出常数 nKT q = β和 0 I 的值。 ,用白色光照射,测量太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持为 cm 20 (1)设计测量电路图,并连接。 图2 (2)测量电池在不同负载电阻下, I 对 U 变化关系,画出 U I ?曲线图。 (3)求短路电流 SC I 和开路电压 OC U 。 (4)求太阳能电池的最